焦粉在配煤中的应用

焦粉在配煤中的应用         发布时间： 2006-8-29 16:13:00             摘　要　在试验室条件下，进行了焦粉回配试验。试验表明：焦粉的添加量和粒度对焦炭质量有较大影响，回配焦粉可提高块度和抗碎强度。 关键词　焦粉　配煤　炼焦   上海焦化有限公司5座焦炉年产冶金焦炭175万t左右，小于10mm的焦屑接近焦炭总产量的5%。一般外卖给水泥厂、窑厂等，其价格比进厂的任一种原料煤煤价都低许多，且时有滞销发生，为了更合理地利用资源，获取较大的经济收益，公司决定开展焦粉回配工艺生产可行性研究。 焦粉配煤工艺技术早在50年代就应用于炼焦工业生产，主要为捣固炼制铸造焦。本试验是在常规散装煤条件下，结合本厂煤源及冶金焦质量要求，于7kg、20kg试验焦炉上所作的焦粉回配验证试验。 1　焦粉回配的理论依据和炼焦的试验 焦粉由于其表面多孔，比表面积较大，在炼焦过程中，本身为惰性物，与活性组分的液态产物接触面积大，其间的结合单纯依靠固体颗粒对液相的吸附作用，因此配入量不宜过多。焦粉一方面减少了半焦收缩和固化阶段的挥发分析出量，降低了两个阶段的收缩度；另一方面由于多孔结构的刚性小，使焦饼收缩产生的应力较小，减少了焦炭的气孔率，两方面的结果都使焦炭块度和抗碎性能增加，因此，在以往的生产实践中焦粉经常被用作瘦化剂。据资料介绍，要更好地发挥焦粉的添加作用，需添加等量的粘结剂以保证和改善配合煤的煤质。 基于焦粉回配的理论依据，结合本公司的炉型、加煤方式(散装)和原料煤情况(配合煤以气煤为主，粘结性和结焦性欠佳)，以3%的焦粉添加量为试验基点。同时小试还对不同焦粉粒度和添加量进行了试验。 2　试验部分 2.1　试验装置及分析方法 本试验所用的试验装置是7kg试验焦炉、20kg试验焦炉及其配套的粉碎-炼焦-强度测定系统以及煤质、煤岩分析测试系统。 基氏流动度分析参照《煤炭化验》(1979年版，煤科院北京煤化所编)，其它分析均按GB方法进行。2.2　试验操作要求  (1)　入炉煤操作指标 7kg试验焦炉： 一次装煤量(干基)：7.0kg 配合煤细度(＜3mm)：＞90% 焦粉细度(＜0.2mm)：＞80% 配合煤水分Mad：10% 煤料堆比重：0.91t/m3～1.00t/m3(夯实) 20kg试验焦炉： 一次装煤量(干基)：23kg 配合煤细度(＜3mm)：＞90% 焦粉细 度(＜0.2mm)：＞80% 配合煤水分Mad：10% 煤料堆比重：0.78t/m3(散装) (2)　炼焦操作试验指标 7kg试验焦炉： 火道温度：1050℃ 焦饼中心温度：900℃ 结焦时间：3h～4h 20kg试验焦炉： 燃烧室温度：970℃～1050℃ 炭化室起始炉墙温度：800℃±10℃ 焦饼中心温度：950℃ 结焦时间：8h 2.3　试验原料 1996年、1997年试验原料分别见表1和表2。 表1　1996年小试原料的质量情况 煤　种 工业分析/% 基氏流动度 G 平均最大反射率　/% Ad Vd St 塑性范围/℃ 最大流动度/(℃/min) 气煤 新汶大屯 11.2910.12 34.7932.56 0.840.52 7760 110420 6457 0.951.03 1/3焦煤 官桥开滦交口 8.3312.249.00 36.4030.5626.39 0.721.011.60 7685117 3005 00030 000 828395 1.111.191.16 肥煤 枣庄 8.82 30.45 1.83 120 40 000 94 1.05 焦煤 西山临涣 10.7511.93 19.221.28 0.760.58 97106 1 5005 000 9689 1.331.34 瘦煤 淮北 10.98 19.29 0.51 60 1.0 16 1.56 进口澳洲焦煤 8.77 24.29 0.69 77 1 384 800 1.14 焦屑 14.17 3.26 1.23 表2　1997年小试原料的质量情况 煤　种 工业分析/% 基氏流动度 奥亚膨胀度/% G Ad Vd St 塑性范围/℃ 最大流动度/(℃/min) 气煤 新汶大屯 9.728.66 33.9833.73 0.640.49 8195 1084858 13.813.7 73.767.6 肥煤 枣庄 13.23 32.78 1.60 108 15000 235.0 91.0 焦煤 天府 12.43 19.33 0.86 62 28 9.6 73.5 瘦煤 淮北 12.33 21.31 0.60 61 4 -23.8 37.6 焦屑 13.31 2.10 1.12 2.4　试验方案和配合煤质量本试验第1组配煤方案是在公司常规生产三级冶金焦配煤方案基础上，添加3%焦粉的试验；第2组配煤方案是在添加3%焦粉后，进行的出口冶金焦验证试验；第3组配煤方案是焦粉的粒度试验。上述3组试验均是1996年在7kg试验焦炉上进行的，第4组配煤方案是参照1997年公司常规生产三级冶金焦配煤方案基础上，在20kg试验焦炉上进行的焦粉添加量试验。表3和表4分别列出了1996年和1997年焦屑分析数据。表3是第一炼焦分厂三级冶金焦焦屑(＜10mm)的粒度分布情况。 表3　1996年焦屑分析数据 粒度分布/mm ＞5 5～2 2～1 1～0.5 0.5～0.2 0.2～0.1 0.1～0.08 0.08～0.006 ＜0.006 Mt/% 筛焦楼 称重/g占总重/% 12031.2 12031.2 9424.5 133.4 215.5 102.6 20.5 10.3 30.8 20 熄焦池 称重/g占总重/% 359.3 5013.3 10528.0 4110.9 9324.8 328.6 20.6 51.2 123.3 23 表4　1997年焦屑分析数据 粒度分布/mm ＞5 5～2 2～1 1～0.5 0.5～0.2 0.2～0.1 0.1～0.08 0.08～0.006 ＜0.006 Mt/% 第一炼焦分厂 筛焦楼 占总重/% 46.9 15.5 25.9 1.9 5.2 3.3 0.1 1.2 / 21 熄焦池 0.0 5.6 77.3 2.3 10.3 3.7 0.2 0.6 / 23 第二炼焦分厂 筛焦楼 占总重/% 25.0 19.6 29.0 1.4 2.5 17.3 2.1 2.1 1.0 22 熄焦池 21.3 22.2 31.4 5.6 15.8 1.2 0.1 2.4 / 23 从表3和表4焦屑的全水分含量工业分析数据来看，基本无太大差别，粒级分布虽有较大差别，但本次试验除第3组试验外均是在球磨粉碎(0.2mm，＞80%)基础上进行的。因此作同一原料，不分开考虑。 3　各组试验结果和讨论 3.1　第1组配煤试验讨论从配合煤的分析及试验结果看，在本公司三级冶金焦常规配煤方案范围内添加3%焦粉是可行的。试验结果表明：添加3%焦粉，总焦产率有所增加，块焦率大大提高。焦炭质量中的抗碎性能(用M725表征)也有所提高。这与前述理论均是一致的，但焦炭质量中的耐磨指标(用M710表征)总体有所上升，即指标变坏。应用破碎理论，可把焦炭强度的转鼓指数看作一级破碎过程。根据焦炭的破碎特性，可分为体积破碎和表面破碎二种，体积破碎主要与焦炭的抗碎强度有关，表面破碎则主要与焦炭的耐磨强度有关。破碎是由裂纹引起的，要减少焦炭的裂纹，首要的保证条件是增强焦炭的基质，在配合煤煤质即基质受到制约的一定范围内，添加焦粉起到降低和缓解焦炭因收缩而引起的裂纹。焦粉的适量加入，焦炭体积破碎率下降。表观反映就是块度增加和抗碎强度增加，但添加焦粉也有不利之处，因焦粉基本无熔融状态，无粘结性，添加入配合煤是起骨架作用，它与配合煤(基质)是一对矛盾，会降低基质的粘结物总量。因此，在回配焦粉时要充分考虑到配合煤的煤质情况，进行适量的添加。表5列出了第1组配煤试验方案的试验结果。 表5　第1组配煤试验方案及试验结果 项 目 J-1-0-1空白方案 J-1-1方案2 J-1-3方案1 J-1-4方案4 J-1-0-2空白方案 J-1-5方案5 配比/% 气煤1/3焦煤肥煤焦煤瘦煤焦粉 53251012 53251093 55248103 5510101573 60201010 60201073 粘结指数G 64.38 63.90 69.74 67.75 66.02 65.54 反射率/% 1.11 1.06 1.05 1.07 1.09 1.04 (煤/焦)工业分析/% AdVdSt 10.97/14.5630.93/0.640.87/0.74 10.64/14.3430.35/1.350.74/0.66 10.75/14.4430.472.360.83/0.58 10.08/13.2428.49/1.430.71/0.74 10.20/13.7030.46/1.010.97/0.75 9.87/13.2429.88/1.860.95/0.72 总焦产率/% 67.10 68.05 67.76 68.15 67.24 67.95 块焦率/% 20.78 67.73 63.88 56.56 25.24 70.68 鼓前＞50mm量/kg 2.59 4.21 3.85 3.77 2.58 4.18 鼓前＜10mm量/kg 0.16 0.15 0.06 0.10 0.16 0.15 焦炭质量/% M725M710 77.999.65 79.5813.05 77.929.35 78.5110.34 81.398.91 76.4511.33 3.2　第2组验证配煤试验讨论在三级冶金焦回配焦粉试验结果可行的情况下，从炼焦二分厂(5号焦炉)取原料煤进行了添加3%焦粉验证试验，用于炼制出口冶金焦，验证结果表明与设想基本一致。表6列出了二级冶金焦验证配煤试验结果。 表6　验证试验结果 项目 J-2-0(常规方案) J-2-1方案7 J-2-2方案6 配比/% 气煤1/3焦煤肥煤焦煤焦粉 20302030 302020273 133012423 基氏/(℃/min) 380℃～463℃111 380℃～468℃279 粘结指数G 67.77 77.78 82.20 反射率/% 1.19 1.12 1.15 (煤/焦)工业分析/% AdVdSt 8.96/12.9229.30/1.350.86/0.76 9.09/12.8227.66/0.970.81/0.72 9.00/12.8027.18/0.980.80/0.74 总焦产率/% 67.59 68.51 69.34 块焦率/% 31.83 63.57 75.67 鼓前＞50mm量/kg 2.60 4.20 3.99 鼓前＜10mm量/kg 0.16 0.15 0.08 焦炭质量/% M725M710 83.427.85 84.458.05 80.688.02 从表6所得试验的焦炭质量来看，与空白方案(J-2-0)相比，焦炭质量的指标值有所变坏，3%焦粉的添加量是适宜的，再多配入焦粉显然是不适合的，特别是肥煤的量在整个配合煤中起到举足轻重的作用。第1组、第2组配煤方案的试验结果，单从焦炭质量(占入鼓量的百分比)来看，抗碎强度有所提高，耐磨强度有所下降(二级冶金焦的情况有所好转，这与基质有关)，但从＞50mm的焦炭绝对量来看添加焦粉与空白方案比，前者要多，＜10mm的焦炭绝对量要少，也即是添加焦粉后焦炭的大块焦量增加焦屑量减少，见图1、图2。图3是块焦率比较(空白方案为J-1-0-1)。 图1　入鼓量(鼓前＞50mm焦炭量)比较 图2　焦屑(＜10mm)量的比较 图3　块焦率(＞60mm焦炭)的比较 3.3　焦粉的粒度试验焦粉的添加量为3%(重量)，＜3mm占100%，J-3-2方案(＜0.2mm占16.30%)和J-3-7(＜0.2mm占80%以上)方案的试验结果列于表7。 表7　焦粉粒度试验结果 项目 J-3-0 (常规方案) J-3-2方案9 J-3-7方案7 配比/% 气煤1/3焦煤肥煤焦煤进口焦煤焦粉 30104020 351230203 302020273 总焦产率/% 68.27 68.95 68.51 块焦率/% 31.92 81.18 63.57 焦炭质量/% M725M710 84.386.39 77.4110.31 84.458.05 试验虽未添加粘结剂但增加了焦粉的细度(配方J-3-7)以后，在同量焦粉(3%)回配下，配合煤的煤质(基质)情况是配方J-3-7还不如配方J-3-2，但取得较好的焦炭质量。作为焦炭骨架的焦粉添加物，理论上认为可使焦炭气孔率减少，但其粒度要求在0.5mm以下，最好是＜0.2mm的占80%，且要均匀地细分散在组份煤中，与组份煤紧密接触，方能收到最佳效果，试验证明焦粉的添加粒度是至关重要的。3.4　焦粉的添加量试验1997年根据炼焦一分厂的配煤方案(空白配方：J-4-0)在20kg试验焦炉上进行了焦粉添加量的试验，结果见表8。 表8　20kg试验焦炉焦粉添加试验结果 J-4-0 J-4-1 J-4-2 J-4-3 配比/% 气煤肥煤焦煤瘦粉焦粉 502812100 50281264 50281273 50281282 配煤基氏/(℃/min) 412～531℃247 412～531℃298 421～528℃300 417～531℃300 粘结指数 73.39 76.47 77.70 78.95 (煤/焦)工业分析/% AdVdSt 11.02/13.0330.56/1.091.09/0.98 11.06/14.0429.79/1.281.15/0.91 11.05/14.0329.98/1.080.98/0.90 11.04/13.1930.17/1.070.92/0.90 总焦产率/% 68.13 75.05 71.86 70.82 块焦率/% 55.26 64.93 65.78 64.38 鼓前＞50mm量/kg 11.82 13.50 13.40 12.73 焦炭质量/% M25M10 75.8314.10 79.3017.34 80.4615.44 82.2912.83 从表8的20kg试验结果看，在现有配合煤煤质情况下(肥煤配量达28%，但1997年肥煤的煤质不如1996年，粘结指数从94降到91)添加焦粉，焦炭块度随焦粉加入基本上呈增长态势，焦炭质量的抗碎强度有所增加，焦粉添加量为4%时，其耐磨强度与空白比下降较多。因此，焦粉添加量不宜超过3%。 4　结　论 4.1　根据现有煤种情况，在常规散装煤工艺条件下的回配工艺添加适量焦粉(≤3%)，在技术上是可行的。4.2　回配焦粉，块焦率明显增加：在同样煤质情况下，不添加粘结剂，要保证焦炭质量，焦粉的细度是至关重要的。4.3　用焦粉替代瘦煤有一定的经济效益，这为远离煤炭产地的焦化厂，提供了一条降本增效的可能途径。                                                                                                             武钢集团鄂钢焦化厂成功应用“除尘焦粉回配”技术，将难以处置的除尘焦粉直接回兑配煤炼焦生产，实现了除尘焦粉的有效循环利用，推动焦化环保循环经济的发展，该厂2006年回配焦粉22000余吨，创造经济效益510万元。 鄂钢焦化厂配套环保项目投运以来，厂区污染和周边环境得到改善，尤其是干法熄焦和除尘设施的使用，有效回收了生产中的煤粉和炭粉，每天因此生产除尘焦粉近90吨，而除尘焦粉70％的颗粒小于0．5mm，输送到喷煤和烧结都不能充分利用，对外销售每吨焦粉只卖到原煤价格的一半，一年就此一项造成经济损失达几百万元。该厂技术人员根据行业相关经验，并结合生产实际，认为除尘焦粉不需处理，直接回配应该可行，为此，“除尘焦粉回配”技术应用被列为2006年鄂钢焦化厂降本增效的攻关课题之一。 堆积的除尘焦粉影响生产运行的正常秩序，鄂钢焦化厂技术人员自我加压，主动放弃双休日，一边多方积极查阅资料，一边进行小焦炉配比实验。他们分析认为，除了合理运用除尘焦粉回兑配煤，围绕焦炭质量以获得科学的配料比是整个实验成功的关键，因除尘焦粉性质与原料瘦煤性质相近，第一个方案在原料配比中直接添加除尘焦粉入料投试验，但生产的焦炭工业性质不理想。紧接着提出调整配比后直接顶替瘦煤配料的方案，进行过程中多次调整配比，但焦炭的工业性质仍不合格。面对多次的失败，技术人员反复对比实验结果，小焦炉实验一度停滞。 面对困难，鄂钢焦化厂技术人员不气馁，不断总结，全天候守在小焦炉旁一次又一次做实验，发现加入瘦煤配料生产焦炭质量有所提高，这一信息让技术人员意识到实验进入误区，从表象上认为除尘焦粉性质接近瘦煤，简单顶替可行。放弃这一思维，保持原配料不变，只在配比上调整加入适量的焦粉，在整个配料比中除尘焦粉的比例极少。本着这一想法，第三个方案投入实验，在调整配比后加入2％的除尘焦粉生产的焦炭质量M10基本稳定，M44略有提高，焦炭工业性质可靠。 为避免焦粉对煤前的二次污染，经鄂钢配煤小组配比认定，结合该厂堆送料工艺，选用除尘焦粉于煤后系统回配生产的工艺技术，成功设计建造了焦粉回配装置。投产两周便实现了每天90吨除尘焦粉全部回兑配煤，生产的焦炭质量稳定，除尘焦粉产量无明显变化。“除尘焦粉回配”技术项目的成功应用，不仅有效地降低了配料成本，在环保循环经济的发展上起到了推进作用。 焦粉回配生产线  　该生产线可采用直接加工和干法两种工艺制配焦粉，一次加工可使小于15mm焦屑加工成为0.2mm的焦粉达到80%以上。该套系统较球磨机、雷蒙磨及辊式挤压型磨机相比具有独特优点：  　1、进料粒度大，产品粒度细，破碎比可达到30-70，其它磨机破碎比只有3-8。  　2、一次加工完成，不用返料。  　3、产品粒型好，回配起到骨架作用，抗碎强度大，M40指标提高；焦块率增加。  　4、整体投资在相同产量下只为以上磨机的1/2~1/4。  　5、结构简单，维护费用低，易操作。  　6、该套工艺可使每吨焦粉价值提升200元左右。  　7、生产系统已在国内厂家使用3年，得到了验证 随着近几年国内焦化规模的迅速扩张，煤价不断攀升，大量使用优质炼焦煤炼焦不仅在资源上无法保证，而且在成本上也使钢铁企业难以承受。因此，在保证焦炭的综合冶金性能不降低的条件下，利用粘结性差、结焦性弱、价格低的劣质煤替代部分优质煤炼焦，也愈来愈引起钢铁行业的广泛重视和研究。为了充分利用攀钢周边地区丰富的瘦煤或弱粘结性煤等劣质煤资源，有效缓解攀钢炼焦用煤的资源压力，降低炼焦生产成本，今年年初我院和钢钒公司煤化工厂共同负责开展了“劣质煤炼焦技术研究”课题的研究工作 为优化配煤方案、稳定和提高焦炭质量、降低炼焦成本、鉴别单种炼焦煤质量优劣提供了有力的技术支撑。焦炭是炼铁生产中的重要原料，随着炼焦用煤资源的紧张，炼焦配煤比变化频繁，增加了炼焦生产的难度。同时随着本钢新一轮技术改造的进行，高炉愈加大型化，对焦炭的质量要求越来越高。提前为焦炉进行煤种配比试验，优化配煤方案，稳定和提高焦炭的质量，成为焦化厂的当务之急。 金融危机已对全球实体经济产生了巨大的冲击，2008年世界经济已明显放缓，下行风险逐步加大，前景更加不确定 2008年第四季度以来，受国际金融危机和市场需求疲软双重因素影响，焦化行业遇到了严峻挑战。面对多年不遇的焦化产业发展形势，